JP5731249B2 - 浮体式洋上風力発電装置と、その発電装置の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、海上におけるスパー型の浮体式洋上風力発電装置とその発電装置の構築方法に関するものである。

従来、スパー型浮体式洋上風力発電装置は、電柱のような細長い浮体を釣りの「浮き」のように縦に海面に浮かべ、その上に風車を載せる方式であり、特許文献１に記載のように洋上風力発電用のスパー型浮体構造およびその製造方法ならびにその設置方法が知られている。

風車はタワー・ナセル・ブレードから構成される鉛直方向に細長い構造であり、例えば、出力２ＭＷ程度であるとタワーの高さが５０〜１００ｍ程度となる。タワー頂部が最も重量が大きく、作用荷重としてはブレード回転時における風荷重（水平力）が卓越する特徴ある。ブレード回転時にスパー型の基礎が傾斜すると発電効率が低下するので、安定性を確保するためにスパー型の浮体は概ね５０〜１００ｍ程度の長さが必要となる。

このようなスパー型浮体式洋上風力発電装置の基礎の構築方法は、特許文献１に記載されている。そして、前記浮体の高さが５０〜１００ｍなので、それ以上の水深がなければスパー型浮体式洋上風力発電装置を直立した状態で運搬することはできない。風車は電気・機械設備であり、海水中に没水させることはできないことやブレードの設計では没水時の荷重を考慮していないため、完成形状で浮体に風車を設置した状態では、横倒しにして運搬することはできない。

そこで、特許文献１では、スパー浮体のみを横倒しにして運搬し、洋上で直立させた後に別の設備で風車を後から組み立てるものであり、このほか、特許文献２に記載のように、基礎の内部に風車を納入した状態で直立させたまま曳航するものである。

特開２００９−２４８７９２号公報 特開２０１０−２２３１１３号公報

しかし、従来の浮体式洋上風力発電装置の構築方法において、風車を浮体へ設置する作業は、高い精度が要求され、水深５０〜１００ｍ程度の外洋では波・風が強くきわめて困難な作業となる。また、海上作業の稼働率が大きく低下するので、設置作業の費用が嵩むものである。更に、特許文献２に記載の方法においては、水深が深く波・風の強い外洋での海域で浮体内に収納したタワーに風車を取り付けて、前記タワーを昇降装置で引き上げ位置固定する方法であるので、作業が困難となるという課題がある。本発明に係る浮体式洋上風力発電装置とその発電装置の構築方法は、このような課題を解決するために提案されたものである。

本発明に係る浮体式洋上風力発電装置の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、基礎と該基礎に起立されるタワーと、該タワーの上部に設けられる風車とでなるスパー型浮体式洋上風力発電装置において、前記タワーは、その長手方向の途中の部位で、前記風車を設ける先端部側を直交させることのできる屈曲部が設けられ、前記屈曲部にはヒンジ開閉手段が設けられており、該ヒンジ開閉手段は、タワーの内部空間部に設けられ屈曲部の前後に亘って設けられる油圧シリンダーであること、タワーの外部に設けられ基礎とタワー先端部とに繋着されたワイヤーであること、または、前記油圧シリンダーと前記ワイヤーとの組み合わせであることのいずれか一つであって、当該ヒンジ開閉手段で屈曲部を開閉させるものである。

本発明に係る浮体式洋上風力発電装置の構築方法の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、スパー型浮体式洋上風力発電装置の隔室を有する基礎とタワーと風車とを予め陸上にて組み立てると共に、前記タワーをその途中で屈曲できるように屈曲部が設けられて組み立てられ、曳航時においては前記基礎を横倒しにして、前記タワーのヒンジから先の部分を直交させて海上に立て、海上において設置場所に到達したときに、前記基礎を隔室へ海水の注入・排水によって直立させると共に、前記タワーのヒンジから後方の部分が横倒し状態から直立する状態に変化するにつれて、屈曲部の屈曲角度をヒンジ開閉手段で屈曲させて前記タワーのヒンジから先の部分がタワーのヒンジから後方の部分に対して直立させることである。

前記タワーにおける屈曲部の開口部は水密に閉蓋されていることであり、
前記ヒンジ開閉手段は、タワーの内部空間部に設けられ屈曲部の前後に亘って設けられる油圧シリンダーであること、タワーの外部に設けられ基礎とタワー先端部とに繋着されたワイヤーであること、または、前記油圧シリンダーと前記ワイヤーとの組み合わせであることのいずれか一つであることを含むものである。

本発明の浮体式洋上風力発電装置とその装置の構築方法によれば、外洋での作業を大幅に縮減できて、構築作業能率が向上するとともに、スパー型浮体式洋上風力発電装置の構築費用が低減するものである。また、スパー型浮体式洋上風力発電装置の工期が大幅に短縮されると言う優れた効果を奏するものである。

本発明に係る浮体式洋上風力発電装置１を曳航している状態の側面視の断面図（Ａ）と、背面視の断面図（Ｂ），（Ｃ）と、基礎２の断面図（Ｄ）とである。 同本発明の浮体式洋上風力発電装置１の構築方法を順に示す説明図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。 スパー型浮体式洋上風力発電装置１のタワー３の屈曲部９ａを直立させる様子を拡大して示す説明図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。 スパー型浮体式洋上風力発電装置１を海上に直立させた状態の完成図である。

本発明に係る浮体式洋上風力発電装置１の構築方法は、図１に示すように、タワー３を屈曲させて、タワー３の屈曲させた側の部分に風車４を予め取り付けた状態で曳航し、所定の位置にて前記屈曲部を元に戻して前記タワー３を直立させるようにするものである。

本発明に係るスパー型浮体式洋上風力発電装置１は、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、浮体である基礎２と、該基礎２に起立されるタワー３と、該タワー３の上部に設けられる風車４とでなる。

前記タワー３は、その長手方向の途中の部位で、前記風車４を設ける側であって、ヒンジ９から先の部分３ａを、ヒンジ９から後方の部分３ｂに対して直交させることのできる屈曲部９ａが設けられている。

前記屈曲部９ａには、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、水の浸入を防止する水密な蓋９ｂ，９ｃが、両側の開口部に設けられ、屈曲部９ａの開口部は水密に閉蓋されている。

前記屈曲部９ａにおいては、図１（Ａ）と、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）とに示すように、ヒンジ開閉手段１１が設けられている。このヒンジ開閉手段１１は、その一例として、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、タワー３の外部に設けられ基礎２とタワー先端部とに繋着されたワイヤー７で構成される。また、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、タワー３の内部空間部に設けられヒンジ９の前後に亘って設けられる油圧シリンダー１０で構成される。このほか、公知の引張装置及び伸縮装置などによってヒンジ開閉手段１１を構成できるものである。

前記浮体である基礎２は、図１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、隔壁２ｃによって横倒しにした状態で、上側にタンク２ａと下側に隔室２ｂとが区画されて配設されている。このタンク２ａに水を注排水するものであって、曳航時には空にしてあり、構築時には基礎２に注水してこれを直立させるものである。また、前記複数の隔室２ｂは曳航時には水を注水することで、曳航時の基礎２の安定性を確保するようにしていて、構築時には、注入したバラスト水を適宜に注・排水し、直立時の安定性を高めるものである。

以上のようにしてなるスパー型浮体式洋上風力発電装置１による、構築方法を説明する。まず、スパー型浮体式洋上風力発電装置１の隔室（タンク２ａ，隔室２ｂ）を有する基礎２とタワー３と風車４とを予め陸上にて組み立てる。隔壁２ｃは浮体の運動によるバラスト水の移動によって浮体が回転することを防止するために設けられるものであり、水平方向に複数の隔室２ｂが配置するように鉛直の隔壁を設けることにより、バラスト水の移動が小さくなるため更に安定性が増す．そして、前記タワー３をその途中で屈曲できるように屈曲部９ａが設けられて、図１（Ａ）に示すように、タワー３の先端側が直交され、上に立ち上げられた状態にて組み立てられる。

図１（Ａ）に示すように、曳航時においては前記基礎２を横倒しにして、前記タワー３のヒンジ９から先の部分３ａを直交させて海上に立てる。図１（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、前記基礎２の隔室２ｂにはバラスト水を注入しておき、タンク２ａは空のままにしておく。これにより、水深の浅い海でも曳航できるようになる。

前記屈曲部９ａにおいては、ワイヤー７は、図１（Ａ）に示すように、最も短くしてウインチ７ａでタワー３の先端側を引張っている。

図１（Ａ）に示すように、スパー型浮体式洋上風力発電装置１を引き綱５を介して曳船６で曳航していく。海上において設置場所に到達したときに、図２（Ａ）に示す状態から、図２（Ｂ）に示すように、基礎２のタンク２ａに注水するとともに、隔室２ｂの上部側のバラスト水を排水して、基礎２を重心と浮力との偶力によって直立させる。

前記タワー３のヒンジ９から後方の部分３ｂが横倒し状態から直立する状態に変化するので、図２（Ａ）に示すように、予めワイヤー７をウィンチ７ａでドラムから繰り出しておいて、タワー３をヒンジ９を中心に基礎２の回転方向と反対側に少し傾斜させておく。そして、前記基礎２の反時計方向の回転に伴って、前記ワイヤー７を繰り出して、タワー３におけるヒンジから先の部分３ａを時計方向に回転させるのである。また、タワーの回転に応じてタワーの反対側に別途設置したワイヤー７を巻き取ることにより、タワー３が逆方向に回転しないようにする。

こうして、図４に示すように、基礎２を直立させてタワー３も上下方向に直立させ、スパー型浮体式洋上風力発電装置１が海上で構築される。その後、係留ワイヤー（テンドン）８ａとアンカー８とで、前記スパー型浮体式洋上風力発電装置１が所定の位置に位置固定されるものである。

本発明の第２実施例は、前記ヒンジ開閉手段１１を、その一例として、図３（Ａ）に示すように、タワー３の内部空間部に設けられヒンジ９の前後に亘って設けられる油圧ジャッキ１０とするものである。

図３（Ｂ）〜図３（Ｃ）に示すように、屈曲部９ａの屈曲角度を油圧ジャッキ１０のロッド１０ａを伸縮させて、前記タワー３のヒンジ９から先の部分３ａを、タワー３のヒンジ９から後方の部分３ｂに対して直立させるものである。

こうして、図４に示すように、基礎２を直立させてタワー３も上下方向に直立させ、スパー型浮体式洋上風力発電装置１が海上で構築される。その後、係留ワイヤー（テンドン）８ａとアンカー８とで、前記スパー型浮体式洋上風力発電装置１が所定の位置に位置固定されるものである。

本発明の第３実施例は、前記ヒンジ開閉手段１１を、前記ワイヤー７と前記油圧ジャッキ１０とを組み合わせたものである。

前記屈曲部９ａにおいては、油圧ジャッキ１０は、図３（Ａ）に示すように、そのロッド１０ａが最大に伸びきっている状態であり、且つ、ワイヤー７は、図１（Ａ）に示すように、最も短くしてウインチ７ａでタワー３の先端側を引張っている。これらを、互いに相補的に伸縮・伸張させながら、即ち、油圧ジャッキ１０を伸縮させて、且つ、バックテンションが効くようにワイヤー７を緊張させながら繰り出していくことで、基礎２の回転と共にタワー３のヒンジ９から先の部分３ａを直立させていくものである。これにより、タワー３が安定して直立にされるものである。

本発明に係るスパー型浮体式洋上風力発電装置とその構築方法は、海上に浮体装置を構築する場合に適用されるものである。

１ スパー型浮体式洋上風力発電装置、
２ 基礎、 ２ａ タンク、
２ｂ 隔室、 ２ｃ 隔壁、
３ タワー、 ３ａ ヒンジから先の部分、
３ｂ ヒンジから後方の部分、
４ 風車、 ４ａ ブレード、
４ｂ ナセル、
５ 引き綱、
６ 曳船、
７ ワイヤー、 ７ａ ウインチ、
８ アンカー、 ８ａ 係留ワイヤー（テンドン）、
９ ヒンジ、 ９ａ 屈曲部、
１０ 油圧ジャッキ、 １０ａ ロッド。

Claims (4)

1. 基礎と該基礎に起立されるタワーと、該タワーの上部に設けられる風車とでなるスパー型浮体式洋上風力発電装置において、
   前記タワーは、その長手方向の途中の部位で、前記風車を設ける先端部側を直交させることのできる屈曲部が設けられ、
   前記屈曲部にはヒンジ開閉手段が設けられており、該ヒンジ開閉手段は、タワーの内部空間部に設けられ屈曲部の前後に亘って設けられる油圧シリンダーであること、タワーの外部に設けられ基礎とタワー先端部とに繋着されたワイヤーであること、または、前記油圧シリンダーと前記ワイヤーとの組み合わせであることのいずれか一つであって、当該ヒンジ開閉手段で屈曲部を開閉させるものであること、
   を特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
2. スパー型浮体式洋上風力発電装置の隔室を有する基礎とタワーと風車とを予め陸上にて組み立てると共に、前記タワーをその途中で屈曲できるように屈曲部が設けられて組み立てられ、
   曳航時においては前記基礎を横倒しにして、前記タワーのヒンジから先の部分を直交させて海上に立て、
   海上において設置場所に到達したときに、前記基礎を隔室へ海水の注入・排水によって直立させると共に、前記タワーのヒンジから後方の部分が横倒し状態から直立する状態に変化するにつれて、屈曲部の屈曲角度をヒンジ開閉手段で屈曲させて前記タワーのヒンジから先の部分がタワーのヒンジから後方の部分に対して直立させること、
   を特徴とする浮体式洋上風力発電装置の構築方法。
3. タワーにおける屈曲部の開口部は水密に閉蓋されていること、
   を特徴とする請求項２に記載の浮体式洋上風力発電装置の構築方法。
4. ヒンジ開閉手段は、タワーの内部空間部に設けられ屈曲部の前後に亘って設けられる油圧シリンダーであること、タワーの外部に設けられ基礎とタワー先端部とに繋着されたワイヤーであること、または、前記油圧シリンダーと前記ワイヤーとの組み合わせであることのいずれか一つであること、
   を特徴とする請求項２または３に記載の浮体式洋上風力発電装置の構築方法。

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